Elektrická měření neelektrických veličin

Měření různých neelektrických veličin (posuny, síly, teploty atd.) elektrickými metodami se provádí pomocí přístrojů a přístrojů převádějících neelektrické veličiny na veličiny elektricky závislé, které jsou měřeny elektrickými měřicími přístroji s váhy cejchované v jednotkách měřených neelektrických veličin.

Převodníky neelektrických veličin na elektrické nebo snímače dělené na parametrické na základě změny libovolného elektrického nebo magnetického parametru (odpor, indukčnost, kapacita, magnetická permeabilita atd.) vlivem měřené veličiny a generátor, ve kterém je měřená neelektrická veličina se transformuje na e. atd. (indukční, termoelektrické, fotoelektrické, piezoelektrické a další). Parametrické měniče vyžadují externí zdroj elektrické energie a samotné generátorové jednotky jsou zdroje energie.

Stejný převodník lze použít pro měření různých neelektrických veličin a naopak, měření libovolných neelektrických veličin lze provádět pomocí různých typů převodníků.

Zařízení pro měření neelektrických veličin mají kromě převodníků a elektrických měřicích přístrojů mezilehlá připojení — stabilizátory, usměrňovače, zesilovače, měřicí můstky atd.

K měření lineárních posuvů používejte indukční převodníky — elektromagnetická zařízení, u kterých se mění parametry elektrického a magnetického obvodu při pohybu feromagnetického obvodu nebo kotvy připojené k pohyblivé části.

K převodu významných posunů na elektrickou hodnotu se používá převodník s pohyblivým feromagnetickým translačně pohyblivým magi-vodičem (obr. 1, a). Protože poloha magnetického obvodu určuje indukčnost měniče (obr. 1, b) a tedy i jeho impedanci, pak při stabilizovaném napětí zdroje elektrické energie se střídavým napětím o konstantní frekvenci napájí obvod el. převodníku, podle proudu je možné odhadnout pohyb části mechanicky připojené k magnetickému obvodu... Stupnice přístroje je odstupňována v příslušných měrných jednotkách, například v milimetrech (mm).

Rýže. 1. Indukční převodník s pohyblivým feromagnetickým magnetickým obvodem: a — schéma zařízení, b — graf závislosti indukčnosti převodníku na poloze jeho magnetického obvodu.

Pro převod malých posuvů na hodnotu vhodnou pro elektrické měření se používají převodníky s proměnnou vzduchovou mezerou ve formě podkovy s cívkou a kotvou (obr. 2, a), která je pevně spojena s pohyblivou částí. Každý pohyb kotvy vede ke změně proudu / v cívce (obr. 2, b), což umožňuje kalibraci stupnice elektrického měřicího zařízení v jednotkách měření, například v mikrometrech (μm), při konstantním střídavém napětí se stabilní frekvencí.

Rýže. 2. Indukční měnič s proměnnou vzduchovou mezerou: a — schéma zařízení, b — graf závislosti proudu cívky měniče na vzduchové mezeře v magnetickém systému.

Diferenciální indukční měniče se dvěma identickými magnetickými systémy a jednou společnou kotvou, umístěné symetricky ke dvěma magnetickým obvodům se vzduchovou mezerou stejné délky (obr. 3), u kterých lineární pohyb kotvy z její střední polohy mění obě vzduchové mezery stejně, ale s různými znaky, které narušují rovnováhu předvyváženého čtyřcívkového střídavého můstku. To umožňuje odhadnout pohyb kotvy podle proudu měřící úhlopříčky můstku, pokud přijímá výkon při stabilizovaném střídavém napětí konstantní frekvence.

Rýže. 3. Schéma zařízení diferenciálního indukčního měniče.

Využití k měření mechanických sil, napětí a pružných deformací vyskytujících se v dílech a sestavách různých konstrukcí drátových snímačů napětí, které při deformaci spolu se studovanými díly mění svůj elektrický odpor.Typicky je odpor tenzometru několik set ohmů a relativní změna jeho odporu je desetina procenta a závisí na deformaci, která je v mezích pružnosti přímo úměrná působícím silám a výsledným mechanickým napětím.

Tenzometry jsou vyrobeny ve formě vysoce odolného klikatého drátu (konstantan, nichrom, manganin) o průměru 0,02-0,04 mm nebo ze speciálně zpracované měděné fólie o tloušťce 0,1-0,15 mm, které jsou zataveny bakelitový lak mezi dvěma tenkými vrstvami papíru a podroben tepelnému zpracování (obr. 4, a).

Rýže. 4. Tenometr: a — schéma zařízení: 1 — deformovatelná část, 2 — tenký papír, 3 — drát, 4 — lepidlo, 5 — svorky, b — obvod pro připojení nesymetrického odporového můstku k ramenu.

Vyrobený tenzometr se na dobře očištěný deformovatelný díl nalepí velmi tenkou vrstvou izolačního lepidla tak, aby se směr předpokládané deformace dílu shodoval se směrem dlouhých stran drátěných smyček. Při deformaci tělesa vnímá stejnou deformaci lepený tenzometr, který mění svůj elektrický odpor v důsledku změny rozměrů snímacího drátu a také strukturu jeho materiálu, která ovlivňuje měrný odpor drátu.

Vzhledem k tomu, že relativní změna odporu tenzometru je přímo úměrná lineární deformaci studovaného tělesa a v souladu s tím mechanickému namáhání vnitřních pružných sil, pak pomocí údajů galvanometru na měřicí úhlopříčce předvyvážený odporový můstek, jehož jedním z ramen je tenzometr, dokáže odhadnout hodnotu měřených mechanických veličin (obr. 4, b).

Použití nesymetrického můstku odporů vyžaduje stabilizaci napětí zdroje nebo použití magnetoelektrického poměru jako elektrického měřicího zařízení, na jehož odečtech se mění napětí v rozmezí ± 20 % jmenovitého napětí uvedeného na stupnici. zařízení nemá žádný významný vliv.

K měření teploty různých médií použijte termocitlivé a termoelektrické převodníky... Mezi termocitlivé převodníky patří kovové a polovodičové termistory, jejichž odpor do značné míry závisí na teplotě (obr. 5, a).

Nejrozšířenější jsou platinové termistory pro měření teplot v rozsahu -260 až +1100 °C a měděné termistory pro teplotní rozsah -200 až +200 °C, dále polovodičové termistory se záporným koeficientem elektrického odporu — termistory , vyznačující se vysokou citlivostí a malými rozměry ve srovnání s kovovými termistory, pro měření teplot od -60 do +120°C.

Pro ochranu teplotně citlivých snímačů před poškozením jsou umístěny v tenkostěnné ocelové trubce s utěsněným dnem a zařízením pro připojení vodičů k vodičům nesymetrického odporového můstku (obr. 5, b), což umožňuje k odhadu naměřené teploty podél proudu měřicí úhlopříčky Stupnice magnetoelektrického poměru použitého jako měřidlo je odstupňována ve stupních Celsia (°C).

Rýže. 5. Termistory: a — grafy závislosti změny relativního odporu kovů na teplotě, b — obvod pro připojení termistorů k ramenu nesymetrického odporového můstku.

Termoelektrické snímače teploty — termočlánky, generování malých e., atd. c. vlivem zahřívání směsi dvou různých kovů jsou umístěny v ochranném plastovém, kovovém nebo porcelánovém obalu v oblasti měřených teplot (obr. 6, a, b).

Rýže. 6. Termočlánky: a — grafy závislosti d atd. p. pro teplotu termočlánků: TEP-platina-rhodium-platina, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-montážní schéma pro měření teploty pomocí termočlánku.

Volné konce termočlánku jsou spojeny homogenními dráty s magnetoelektrickým milivoltmetrem, jehož stupnice je odstupňována ve stupních Celsia. Nejpoužívanější termočlánky jsou: platina-rhodium — platina pro měření teplot do 1300 °C a krátkodobě do 1600 °C, chromel-alumel pro teploty odpovídající uvedeným režimům — 1000 °C a 1300 °C a chromel-bastard, určený pro dlouhodobé měření teplot do 600 °C a krátkodobé - do 800 °C.

Elektrické metody měření různých neelektrických veličin jsou v praxi hojně využívány, neboť poskytují vysokou přesnost měření, liší se v širokém rozsahu měřených hodnot, umožňují měření a jejich registraci ve značné vzdálenosti od místa řízeného objektu, umožňují měření a měření ve značné vzdálenosti od místa ovládání objektu. a také umožňují provádět měření na těžko dostupných místech.